[发明专利]一种磁悬浮笼型异步主轴电机

说明书

本发明公开一种磁悬浮笼型异步主轴电机，包括定子、位于定子内圈的转子，定子沿轴向从左至右依次包括左径向磁轴承铁心、沿轴向磁化的左环形永磁体、左轴向磁轴承铁心、隔磁铝环、右轴向磁轴承铁心、沿轴向磁化的右环形永磁体以及无轴承电机铁心，左径向磁轴承铁心的内周均布有定子齿，定子齿上绕制径向控制绕组，所述无轴承电机铁心的内圆周均匀开有定子槽，所述定子槽中设置有悬浮绕组和转矩绕组。本发明由两个轴向磁化的左、右环形永磁体为主轴电机提供五自由度静态偏置磁通，结构紧凑，在一个单元就能实现五自由度稳定悬浮。

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，具体涉及结构紧凑、控制简单，悬浮控制、转矩控制相互独立的一种磁悬浮笼型异步主轴电机。

背景技术

无轴承电机具有无摩擦、磨损、无需润滑，易于实现更高转速和更大功率运行，特别是其中的无轴承异步电机具有结构与制造简单、转子强度高、造价低等优势，在高速机床主轴电机、密封泵、离心机、压缩机、高速微型硬盘等系列高速直驱领域具有广阔的应用前景。

目前，无轴承异步电机是通过在传统异步电机的定子槽转矩绕组上叠加一套附加的悬浮绕组来实现径向悬浮，两套绕组分别由频率相同的三相交流电源供电产生旋转的悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场，且悬浮绕组磁场极对数为P_B、转矩绕组磁场极对数为P_M，两者之间只有满足P_B=P_M±1的关系时，在转子上才能产生稳定可控的径向悬浮力。由径向位移传感器检测转子径向位移，构建位移闭环控制系统，实现转子稳定悬浮，而转矩的产生原理与普通异步电机相同。一方面，转矩绕组磁场要与悬浮绕组磁场相互作用产生径向悬浮力，另一方面，转矩绕组磁场又要和转子旋转磁场相互作用产生转矩，因此，转矩控制和位移控制之间存在强耦合，控制复杂，难以建立精确的数学模型，控制精度低。此外，除了转矩绕组磁场在转子导条内会感应出与转矩绕组磁场极对数相同的转子旋转磁场之外，悬浮绕组磁场也会在转子导条内感应出与悬浮绕组磁场极对数相同的转子旋转磁场，该旋转磁场对悬浮力的产生有削弱作用，还会增加转矩控制和位移控制的复杂性，特别是带负载运行时更为明显，严重时将会造成系统不稳定，悬浮失败。要实现主轴五自由度稳定悬浮运行，需要由两自由度无轴承异步电机、径向两自由度磁轴承、轴向单自由度磁轴承或者三自由度径向-轴向三自由度磁轴承组合成五自由度磁悬浮主轴电机，轴向长度长、临界转速低，且各个单元之间的协调控制复杂，难以实现工程应用。

发明内容

本发明克服现有缺陷提供一种磁悬浮笼型异步主轴电机，悬浮控制和转矩控制独立，控制简单。

本发明和现有技术相比具有以下技术方实现：

一种磁悬浮笼型异步主轴电机，包括定子、位于定子内圈的转子，所述定子沿轴向从左至右依次包括左径向磁轴承铁心、沿轴向磁化的左环形永磁体、左轴向磁轴承铁心、隔磁铝环、右轴向磁轴承铁心、沿轴向磁化的右环形永磁体以及无轴承电机铁心，所述左径向磁轴承铁心的内周均布有定子齿，定子齿上绕制径向控制绕组，所述无轴承电机铁心的内周均匀开有定子槽，所述定子槽中设置有悬浮绕组和转矩绕组；所述左、右轴向磁轴承铁心的内侧面上径向分布有环形的第一、第二吸力盘，所述第一、第二吸力盘之间设有环形的导磁桥，所述第一吸力盘、第二吸力盘与导磁桥之间设置有轴向控制绕组；所述转子包括转轴、箍设在转轴外周的转子铁心，所述转子铁心的中部伸进左、右轴向磁轴承铁心之间并与第一、第二吸力盘以及导磁桥之间存在轴向气隙，所述转子铁心的左端和右端设有向外延伸的圆周凸台，所述转子铁心的右端圆周凸台上开设有转子槽，所述转子槽内设有笼型导条。

本发明进一步的改进方案是，所述笼型导条数目为偶数、笼型导条采用分相结构，笼型导条极对数与所述转矩绕组极对数相同。

本发明进一步的改进方案是，所述悬浮绕组位于转矩绕组的外侧，所述悬浮绕组的极对数和转矩绕组的极对数不等，所述悬浮绕组由直流电源供电。